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第64屆--民國113年

鳩佔鵲巢問題之研究與推廣

科學研習月刊上有一道數學問題,將編號1至5的鵲與1隻鳩(編號0)任意排成一圈,鵲媽媽由k號鵲開始餵,下一次順時針數k隻鳥後,餵第二隻r號鵲,再順時針數r隻鳥後餵第三隻,依此類推且鳩吃不到食物,我們成功找出原題不讓鳩吃到食物的解。但隨著鵲與鳩的增加,直接討論餵食順序與位置關係越趨困難,所以用鵲(n隻)不重複餵食進行討論得出成功餵食順序,也推出鵲鳩圍成一圈的排列位置。因此,我們證明出n鵲m鳩成功餵食的有解條件,並用排列組合與對稱性算出成功餵食順序的方法數。最後,我們也改變餵食方法,採餵食後跳過不數的方式,發現成功餵食順序的方法數不會隨著鳩數增加而改變,皆為編號1至n的鵲的直線排列數n!。

太陽能板發電效益之研究

我們想探討學校的太陽能板是否有效益,學校的太陽能板皆是傾斜6度且按屋頂的面向方位架設。我們使用2W的太陽能板做實驗,從太陽能板特性曲線發現:在室內、室外發電功率最大的電阻分別為3900與28.8歐姆。而光強度越強,電壓電流越大,在可見光範圍內,光的波長對發電效益並無顯著影響。接著,我們設計不同傾斜角度、面向方位對太陽能板發電的影響,發現最佳傾斜角度是讓太陽可以直射太陽能板;我們自製太陽能板旋轉裝置,發現轉動的比固定面向南方傾斜30度的發電功率大。學校太陽能板安裝的優先考量為無遮蔽物,在北部,夏季的發電功率最佳,夏季時傾斜角度很小,面向方位對太陽能板的發電功率影響不大,傾斜還可以排水以及清除灰塵。

點心中垂三角形性質之研究

本研究由一題三角形內心與其旁心三角形頂點連線交外接圓所構成三角形面積問題出發,藉由相似形的觀察發現可透過連接頂點與內心作中垂線作圖而成,以此為靈感開始定義點心中垂三角形,創新探究其他形心所構造的點心中垂三角形性質以及與原三角形的面積比,過程中發現三角形五心之間心與心互換的關係,讓我們聯想到如果繼續疊作中垂線,三角形有外、內、垂心共點與共線性質,接著我們延伸至四邊形與多邊形,發現層層之間的圖形有彼此相似與對應邊 平行…等共點、共線性質存在。

風中奇緣~探討風與學校建築物的關係

本研究透過文獻的蒐集,了解風與建築物之間的關係,發現風流經建築物的過程中變化相當複雜,有多重因素會影響到風的行進。本研究以學校建築物為依據,透過自製教室模型進行水煙模擬氣流的流動,真實體會到空氣的流動,也觀察到水煙經過長廊的情形。 經實驗探究發現:長廊長度越長、寬度越窄及適當的高度,都會使觀測物移動較快,表示所受風力較大;在長廊的前、 後段位置風力都較大,推測前段靠近風扇出風口,而後段可能受到狹管(窄管)效應的影響,與實際於學校長廊上人體所感受到的是相符合的。 最後,發現在長廊後段高處是一個較佳的集風口位置,可把導風裝置設計在此處,藉由長廊聚風的效果將風導入到兩側教室內,善用大自然的風讓教室更舒適。

琉璃蟻退散-用UV燈防治疣胸琉璃蟻

農業用藥、淺山開發與氣候變遷等因素造成近年疣胸琉璃蟻的數量失控,臺灣多個中、南和東部縣市已受疣胸琉璃蟻嚴重侵擾,過去的硼砂/硼酸餌劑雖環保有效,但仍有諸多不便,如需頻繁更換、不易維持環境整潔且不適合放在電器或怕潮濕的空間。但由於密閉空間如配電箱很容易被疣胸琉璃蟻築窩,我們想了解如何解決此問題。我們的研究藉由在配電箱內架設UV燈管與日光燈管,發現燈光能有效防止螞蟻入侵,即便入侵也能在一 週內趕跑數千隻螞蟻,且UV燈防治效果更優於日光燈。我們找到了一種環保;適合裝設於電器內部與密閉空間;更換頻率低且能維持環境整潔的防蟻方法。希望此研究能讓大家可以更省力且更有效率的來防治疣胸琉璃蟻。

科技農夫出任務-智能農田灌溉系統

當全球受極端氣候影響之際,大家都得面臨各種面向的衝擊。我們所在縣市的農田灌溉水源主要取自濁水溪、清水溪,根據行政院農業委員會-農田水利署網站提供的資料,全縣並開鑿地下水井約459口,平均每年用水量約15億立方公尺,其中取自地下水約2億立方公尺。 我們發現學校附近農田,是屬於灌溉渠道的末端,所以,在枯水期時,會大量地抽取地下水來使用如此恐會導致地層下陷的情況發生。本作品將探討農業使用地下水灌溉所面臨的問題,並提出以科技為基礎的解決策略。改善農業抽取地下水,而導致地層下陷的問題以確保農業與環境間的永續發展。

嚴以「綠」己、未來「無線」! 無線充電技術運用於未來綠能停車場之應用

我們研究的是如何實現未來電動車需求的綠能充電停車場的可行性探究,旨在改變電動車充電方式並結合綠色能源。經實驗量測結果得知,無線充電裝置在感應電勢較強的情況下可直接透過調整線圈的感應距離獲取所需的電壓,因此未來可應用在不同電動車的充電,為不同電壓需求的電動車提供所需電能。另外,在穩定供應電力需求方面,我們藉由並聯多片太陽能電池板增加發電量,並搭配良好的儲能蓄電裝置可提昇太陽綠能的供電效益,可以更穩定的提供給多台電動車同時進行充電。實驗也發現,透過偵測模組感應線圈上的電流變化可同時感知停車格使用數量。因此,我們的研究作為將來結合綠色能源與電動車無線充電技術設計的未來綠能停車場有顯著地證明得以實現。

"堅實"起點,"穩固"未來-不同深度基礎各種加固之比較

探討不同基礎、不同加固法及不同地質條件,對建築物耐震能力的影響。在無進行地質模擬的情況下,淺基礎無加固的耐震能力,優於無基礎和深基礎。深基礎因基樁與底板連接處易斷裂,而存在受損風險。對比各種加固法,彈力球體加固法的效果最佳,其次則是彈簧加固法。而因一代和二代彈珠的工法差異,二代在降低加速度值的效果較好。整體而言,免震效果最突出的加固方式為彈力球體和彈簧加固法。在模擬不同的地質條件下,彈力球體加固法在各種深度基礎中表現最佳。而深基礎彈力球體加固法在降低加速度值的能力上更是優於淺基礎;在土壤液化區的測試過程中,裝置彈力球體的建築物較不易有傾斜、沉陷及損壞的現象發生,所以基礎加固是必須被重視的。

神奇藍水瓶

本研究探討藍瓶實驗的動力學以及糖與鹼久置、藍瓶實驗不再變色後會產生黃褐色物質的問題。自製光度計,由電壓變化更能更精確測量亞甲藍濃度隨時間變化。對葡萄糖而言,推論整體反應變色速率定律式為r=k[C6H12O6]1.6[NaOH]0.8[C16H18N3S+]0.8,亞甲藍濃度範圍2.6× 10-4 M~1.01× 10-3 M。 對乳糖而言,推論整體反應變色速率定律式為r=k[C12H22O11]1.6[NaOH]1.0[C16H18N3S+]1.1,亞甲藍濃度範圍2.6× 10-4 M~1.01× 10-3 M。 糖與鹼混合後要立即與亞甲藍反應,久置或高溫可能會有糖的降解或其他反應發生。經由UV光譜動力學分析,在272nm處吸收值隨時間增加而增加,推論乳醣也類似葡萄糖,在鹼性條件下也可能會降解產生低分子量有機酸、醛類和酮,以及形成具有共軛雙鍵的高分子量物質。

二岸塵情-濁水溪下游南北二岸西螺與溪州之落塵及PM2.5相關性研究分析

濁水溪南北二岸共14點測PM2.5、蒐集落塵以顯微鏡測粒徑、氣象署AQI,分析109.11至112.04 間PM2.5發現: 一、實測PM2.5與蒐集落塵及氣象署AQI,南岸高於北岸,戶外高於室外,冬季北風南岸揚塵與AQI同。 二、北岸戶外小顆粒低於南岸,戶外大顆粒大於室外,南岸戶外大顆粒高於北岸。冬季大顆粒高於夏季。 三、陰天PM2.5高,雨天PM2.5低。 四、冬季北風:戶外高於室外,南岸戶外、室外均高,環境影響。夏季南風:PM2.5低,北岸略高。 五、戶外落塵量:冬天南岸略高,夏天111年6~11月南岸也高。環境影響。相關係數低,落塵量二岸無相關。 六、風速高PM2.5增;溼度高PM2.5降。 七、PM2.5低夕陽清澈明亮;數值高夕陽渲染朦朧。雨後PM2.5二岸低。 八、濁水溪北風吹彿揚塵測試模型可模擬冬季北風情形。